地理信息系统实验报告.docx
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地理信息系统实验报告
地理信息系统原理与方法
实验报告
姓名杨函
专业
班级
学号
指导教师郭际元
2012年11月25日
实验一GIS的矢量化与拓扑关系
1.1矢量化
智能扫描矢量化为图形输入提供一种方法：
扫描输入法，是目前地图输入的一种较有效的输入法。
它是通过扫描仪直接扫描原图，以栅格形式存贮于图像文件中（如*.TIF等），然后经过矢量化转换成矢量数据，存入到线文件（*.WL）或点文件（*.WT）中，再进行编辑、输出。
1、输入点图元
拾取了参数之后，就可以在右窗口将光标放到图元的控制点处，单击左键进行输入了。
数字化的一开始，就应该首先输入控制点。
2、线元矢量化
移动光标，选择需要追踪矢量化的线，屏幕上显示出追踪的踪迹。
每跟踪一段遇到交叉地方就会停下来，让你选择下一步跟踪的方向和路径。
当一条线跟踪完毕后，按鼠标的右键，即可以终止一条线。
如果此时按住CTRL键，同时按右键，此线终止并封闭该线。
如此可以开始下一条线的跟踪。
如图1-1-1
图1-1-1
跟踪后，灵活使用F5、F6、F7、F8，F12、F4等等功能键。
完成后如图1-1-2
图1-1-2
1.2拓扑处理
1.2.1基本概念
一、弧段（ARC）
弧段是由一系列坐标点组成的，可以构成多边形（区域）边界的数据体；对每个区而言，弧段是有方向的。
MAPGIS拓扑处理子系统的预处理功能和拓扑处理功能都是以弧段为基础的。
二、结点（NODE）
结点是弧段的端点，或者是数条弧段的交点。
在拓扑处理中，一旦建立了结点，数据文件便
有了结点信息，拓扑关系的形成依赖于结点信息。
结点表示弧段间的位置关系以及与其它结点的相关性。
结点间的相关性是通过弧段相联系的，在平面上构成网状结构。
建立了结点信息之后，任何编辑操作将会破坏结点信息。
1.2.2拓扑处理流程
拓扑处理最大特点的是自动化程度高，在拓扑处理过程中一般不需要人工干预。
利用拓扑处理可以进行普染色。
拓扑处理的核心是建立拓扑关系。
为了便于拓扑关系的自动建立，系统提供了系列拓扑预处理功能。
当然，如果前期工作做得比较好，后期的许多工作（如弧段编辑、自动剪断等）就可以省掉，建立拓扑也得心应手。
拓扑处理菜单如下图1-2-1：
图1-2-1
1.2.2拓扑错误检查
拓扑错误检查是拓扑处理的关键步骤，只有数据规范，没有错误后，才能建立正确的拓扑关系。
利用此功能可以很方便的找到错误，并指出错误类型及出错位置。
查错可以检查重叠坐标、悬挂弧段、弧段相交、重叠弧段，结点不封闭等严重影响拓扑关系建立的错误。
错误信息显示窗口如下图所示：
在该窗口中，移动光条到相应的信息提示上，按鼠标左键，系统自动将出错位置显示出来，并将出错的弧段用亮黄色显示，同时，在错误点上有一个小黑方框不停的闪烁。
按鼠标右键，则会弹出错误修改菜单。
如图1-2-3。
图1-2-3
在修改错误时，不必关闭错误显示窗口，即可进行相应的操作。
（1）、重叠坐标：
若出现坐标重叠现象，执行清除弧段重叠坐标或清除所有弧
段重叠坐标即可。
（2）、悬挂弧段：
若该弧段较长且是多余的，删除弧段或删除所有弧段功能将该弧段删除；若较短，也可以执行弧段移动点功能移动伸出去的点。
若该弧段是
有用的弧段，则执行弧段结点平差。
（3）、弧段相交：
弧段相交，则不能正确的建立结点，出现这种现象，若是两
条弧段相交，只要剪断弧段即可。
若是弧段自相交，则需执行剪断自相交弧段或
剪断所有自相交弧段。
（4）、重叠弧段：
按鼠标右键，执行清除重叠弧段或清除所有重叠弧段。
（5）、结点不封闭：
利用结点平差或弧段移点功能使其封闭
1.2.3弧段编辑
（1）、重叠坐标：
若出现坐标重叠现象，执行清除弧段重叠坐标或清除所有弧
段重叠坐标即可。
（2）、悬挂弧段：
若该弧段较长且是多余的，删除弧段或删除所有弧段功能将该弧段删除；若较短，也可以执行弧段移动点功能移动伸出去的点。
若该弧段是
有用的弧段，则执行弧段结点平差。
（3）、弧段相交：
弧段相交，则不能正确的建立结点，出现这种现象，若是两
条弧段相交，只要剪断弧段即可。
若是弧段自相交，则需执行剪断自相交弧段或
剪断所有自相交弧段。
（4）、重叠弧段：
按鼠标右键，执行清除重叠弧段或清除所有重叠弧段。
（5）、结点不封闭：
利用结点平差或弧段移点功能使其封闭
1.2.4自动剪断线
自动剪断线的目的：
在数字化或矢量化时，难免会出现一些失误，在该断开的地方线没有断开，这给造区带来了很大障碍。
如图1-2-4：
图1-2-4
在自动剪断线之前，首先选择设置系统参数菜单项，在弹出的对话框中修改搜索半径。
正确确定拓扑关系后，点R区编辑，点区编辑…R，在点击图形造区。
修改属性即可。
图1-2-5
拓扑关系完成后的效果图，如图1-2-6
图1-2-6
实验二数据误差校正
2.1交互式误差校正
交互式误差校正适用于所选控制点较少，误差校正精度要求不高的图形。
需要注意的是，不管交互式校正还是自动校正，都只能校正图形的变形，而不能通过校正去改变图形的比例尺（如：
将1:
1万的图形可校正为1:
1万，但不能校正为1:
10万）。
若需改变比例尺，则可通过“图形编辑”中的“整图变换”功能改变图形X和Y方向的比例实现。
交互式误差校正的具体操作步骤如下：
1．打开文件：
打开需要校正的点文件、线文件和面文件。
如图2-1所示：
图2-1-1
打开文件后，误差校正的界面发生变化，所有的主菜单都显示出来，文件下的菜单选项也发生变化，如图2-1-2所示：
图2-1-2打开控制点菜单
2．打开控制点：
其文件名为“*.pnt”。
在系统的演示数据中若找不到该文件，只需键入文件名创建一个即可。
该文件是一个文本文件，主要用于记录误差校正过程中所采集的实际控制点和理论控制点的坐标信息。
3．设置控制点参数：
在控制点主菜单下选择该菜单选项。
其界面如图6-3所示：
图2-1-3控制点菜单选择该项后，系统将弹出图6-4所示的控制点参数设置对话框：
图2-1-4设置控制点参数，一般情况下，对话框中的其它参数可保持不变，只需将“采集实际值时是否同时输入理论值”选中（打“√”）即可。
各项选择参数的作用及用途为：
采集数据值类型：
指定从当前文件中所采集的控制点是实际控制点还是理论控制点。
在交互式校正中，都是“实际值”。
采集搜索范围：
交互式校正中，该采集搜索范围主要用于判断所采集控制点是否落在以当前鼠标位置为中心，采集搜索范围为半径的圆域内。
系统通常将线交点、线上的坐标点判断为控制点。
4．选择采集文件：
通过该功能告诉系统采集哪个文件的控制点。
5．添加校正控制点：
利用添加控制点可以采集图形中控制点的实际值，同时可在图2-1-5所示对话框中输入理论值。
图2-1-6设置校正控制点参数
6．修改控制点：
如果添加的控制点参数有误，可利用该功能来修改已输入的参数。
如果不需对参数进行修改，操作时可省去这一步。
7．删除控制点：
如果已添加控制点的位置或参数不对，可先利用该功能第六章误差校正删除该控制点，然后再重新添加控制点。
8．浏览校正控制点：
利用该功能可查看误差校正的精度。
一般情况下不需进行此步，其具体功能及操作请参照用户教程。
9．文件校正：
在数据校正菜单下选择对应类型的文件校正转换。
如图6-7所示：
图2-1-7数据校正菜单选择要转换的文件类型后（例如：
线文件校正转换），系统将弹出一个对话框，选择要进行校正的文件。
选择文件后，系统将自动进行误差校正。
对于部分文件校正，校正前首先要要用鼠标拉一个矩形框，落在框内的部分将被校正，框外的部分则保持不变。
注意：
校正变换后的文件名分别是NEWLIN.WL（NEWPNT.WT和NEWREG.WP），可通过“显示”菜单下的“复位窗口”或“1：
1”的快捷方式查看显示校正后的文件。
这些文件都是一些临时存在的文件，一定要另外换名保存一下。
如图
2.2自动校正
自动校正适用于控制点较多，误差校正精度要求较高的图形。
自动误差校正的基本原理为：
通过系统自动采集实际控制点和理论控制点的坐标值，在实际值和理论值之间建立一种对应关系，并计算出每个实际控制点的误差系数，从而可根据所得到的误差系数来校正每个实际控制点周围的点、线、面数据，最终达到校正整个点、线、面文件的目的。
既然自动校正是通过系统自动采集实际控制点和理论控制点的值而进行校正的，那么与之相对应的实际控制点文件和理论控制点文件是如何得到的呢？
下面是讲述一下采集这两个文件的具体方法和操作步骤：
1．实际控制点文件：
在数据录入的开始，就采集这个文件。
采集该文件可通过两种方法：
A．将扫描光栅文件上所有格网线的交点用输入“十”字子图的方法保存为点文件。
B．在图形编辑中，选择“折线”线形，用“输入线”的方法将光栅文件上所有格网线的交点矢量化成相交的“十”字短线并单独存成一个线文件，例如SJ.WL。
本流程将以SJ.WL为例。
这些格网线交点包括公里线交点（或经纬线交点）、公里线与内图框的交点（或经纬线与内图框交点）以及内图框的四个角点。
2.理论控制点文件：
也即图框文件。
在投影变换中生成相应比例尺的图框，保存图框线文件，如：
Frame.WL。
具体的生成图框请参见“投影变换”中的图框生成。
这两个文件准备好后，就可进入误差校正系统进行误差校正了。
实验三GIS数据格式转换
3.1.1问题和数据分析
1、问题提出
地理空间数据不同于一般事务管理的数据，它除了起说明作用的属性数据之外，还有起定位作用的空间数据，因此数据共享异常复杂。
目前的GIS软件一般都不能直接操控其他的GIS软件的数据，所以需要经过数据转换。
GIS从项目应用走向企业应用和社会，在GIS软件数据格式较多的情况下，应将国家的基础空间数据转换成一个数据交换格式标准，逐步向全国各行业推广。
2、数据准备
目前在国内广泛应用的GIS数据格式有ArcView的Shape格式、ArcInfo的e00格式和Coverage格式、MapInfo的MIF和tab格式及MapGIS数据格式，这里提供了MapGIS的wt、wl、wp格式及MapInfo的数据格式，需要完成MapGIS于MapInfo及MapGIS与ArcGIS间数据相互转换。
5.3.2MapGIS数据转换成MapInfo数据
求1：
100万区域地震构造图当前正轴等角圆锥投影参数
（1）地震构造图上的经纬网均表明了经度和纬度，读取地震构造图最左边和最下边的经线和纬线标明的经纬度作为起始经度和纬度。
在投影变换系统中，选择“系列标准图框”菜单，生成1：
100万的标准框，如图所示。
起点经度为106°00′，起点维度为22°00′。
（2）选择“投影变换”—“MapGIS文件投影”菜单，选择刚才生成的1：
100万标准框文件，如图所示。
（3）选择“投影变换”—“编辑当前投影参数”菜单，显示的当前输入投影参数即为所求的投影参数，如右上图所示。
2、在MapGIS地图投影系统中将平面直角坐标转换成地理坐标
（1）在MapGIS地图投影系统中，选择“文件”—“打开文件”菜单，打开1：
100万区域地震构造图点、线、面文件。
（2）选择“投影转换”—“MapGIS文件投影”菜单，选择要转换的文件。
（3）选择“投影转换”—“编辑当前投影参数”菜单，编辑当前投影参数。
原有的1：
100万区域地震构造图是用户自定义坐标系，所以应赋予它当前的投影参数，设置如图。
（4）选择“投影变换”—“设置转换后参数”菜单，设置转换后的参数，如右上图所示。
再将MapGIS的点、线、面文件转换成MapInfo是，要求MapGIS文件的投影坐标系类型为地理坐标，坐标单位为度。
（5）选择“投影转换”—“进行投影转换”菜单，如图所示，进行投影变换，坐标没有平移。
（6）保存文件。
（7）再输入编辑系统中打开文件，移动鼠标到准确的经纬度数的网线交叉点，如图所示，shubiaotingliudi8an经纬线交叉点处的经度为107°00′，纬度为21°40′，用小数点表达为107.00和21.66，而此时状态栏中经纬度坐标为106.21和20.06，两者间有差值，按一下公式计算需平移的量：
x=107.00-106.21=0.79y=21.66-20.06=1.6
3、在MapGIS文件转换系统中实现MapGIS点、线、面文件到MapInfo文件的转换
（1）在MapGIS文件转换系统中，装入1：
100万区域地震构造图点、线、面文件。
（2）选择“输出”—“输出MAPINFO格式”，输出“*.mif”格式，如图所示。
实验四属性表的建立与连接
4.1.1问题和数据分析
1、问题提出
MapGIS提供了强大的属性数据管理功能，可以定义属性结构和浏览查看属性结构、编辑修改属性记录，也可以连接和外挂数据库，还具备与其他大型商用数据库连接的能力。
下面的案例要求利用MapGIS属性数据管理子系统建立土地属性表格数据，并通过关键字完成属性数据与空间数据连接，最后将连接到空间数据结构中的所有属性写入到外部数据库中。
2、数据准备
利用dBASE或SQLServer和MapGIS完成地块和户主属性数据表的建立，包括增加数据库文件的结构（字段），增加、修改、删除数据库记录，以及MapGIS数据库文件的输入和输出。
4.1.2属性表的建立
1、利用dBASE或SQLServer建立属性表
2、利用MapGIS建立属性表
步骤：
打开属性管理系统—选择“属性”—“新建表格”菜单，弹出“编辑属性结构”对话框，对其进行编辑。
确定编辑好属性结构后，将弹出“编辑属性表”对话框，可以编辑新生的8条属性记录，生成新的表格文件。
如图所示：
4.1.3空间与属性数据连接
1、基本原理
在输入空间数据时，对于矢量结构，通过拓扑造区建立多边形，直接在图形实体上附加一个识别符或关键字。
属性数据的数据项放在同一个记录中，记录的顺序号或某一特征数据项作为该记录的识别符或关键字。
空间和属性数据连接较好的方法是通过识别符或关键字把属性数据与已数字化的点、线、面空间实体连接在一起。
识别符或关键字都是空间与非空间数据的连接和相互检索的联系纽带。
因此，要求空间实体带有唯一性的识别符或关键字。
2、地块空间数据与属性数据连接
步骤：
（1）、在MapGIS属性数据库中打开地块区文件land.wp，选择“属性”—“浏览属性”—“浏览区属性”菜单，浏览地块空间数据默认属性。
（2）、选择“属性”—“连接属性”菜单，完成“属性连接”。
（3）、选择“属性”—“浏览属性”—“浏览区属性”菜单，浏览连接后地块属性。
如图：
4.1.4MapGIS属性数据导出
将生成的MapGIS图形文件land.wp的属性结构写入到外部属性数据库表中，生成land.dbf文件，选择“属性”—“输出属性”菜单，弹出“属性输出”对话框，允许用户选择或指定已装入的文件中哪些文件、那些属性和字段输出到数据库表文件中，确定输出文件类型、数据源及输出文件路径及文件名。
实验五洪水灾害损失的分析
5.1.1问题和数据分析
1、洪水灾害指标
（1）洪水灾害的自然特征指标：
①洪水灾害发生的位置
②洪水灾害影响的范围
③洪水淹没深度
（2）洪水灾害的社会特征指标：
①人口指标
②淹没土地利用类型
③房屋
④农作物
（3）洪水灾害的经济损失指标
①财产损失率
②面上综合经济损失描述指标
2、问题提出
洪水淹没有一个最高水位，因而可以根据等高线数据区间，按一定等高距做区文件，把最大高程作为区的一个属性字段，然后与地块类型多边形进行矢量数据叠加分析。
通过条件检索得到小于洪水最高水位的淹没区内不同的地块类型，根据不同地块类型的估计财产及损失系数等参数计算财产损失。
分析准则如下：
估计住宅用地R被洪水淹没而造成的损失。
洪水水位的相对高程500m。
损失大小和居民的财产、地基稳定性有关。
3、数据准备
（1）对于每一类低地基，可估计其稳定性，并估计房屋倒塌的可能性，成为损失系数。
（2）提供数字化等高线地形图线文件height.wl和点文件height.wt，这些等高线可组成多边形。
每个多边形有其最大高程值，这个只有组成该多边形的不同等高线的高程值决定。
5.1.2地形/地块数据预处理
1、地块数据处理
（1）利用MapGIS输入编辑系统对地块线文件land.wl进行拓扑造区，生成区文件land.wp，如图所示。
每个块均有“面积”、“土地使用”、“估计财产”、“地基类型”、“地均财产”等属性。
（2）利用MapGIS编辑区属性功能编辑地块属性结构，并增加“损失系数”属性字段，编辑区属性值及相对应的损失系数。
（3）在空间分析子系统中，打开land.wp文件，选择“属性分析”—“双属性四则运算”菜单，求出地均财产（地均财产=土地估价÷面积），如图所示。
2、等高线数据处理
（1）利用MapGIS图形编辑系统对等高线线文件height.wl进行拓扑造区，生成区文件height.wp，如图所示。
（2）编辑属性结构，增加“最大高程”属性字段，每个多边形有面积、最大高程值等属性字段，并编辑“最大高程”字段对应的属性值。
5.1.3洪水灾害损失分析
1、多边形叠加分析
在空间分析子系统中，选择“空间分析”—“区空间分析”—“区与区合并分析”菜单，完成地块多边形与高程多边形叠合，产生地块-高程多边形地图和地块-高程属性表，如图所示。
每个多边形有“面积”、“土地使用”、“估计财产”、“地基类型”、“地均财产”、“损失系数”、“最大高程”等属性。
2、选择高程≤500m、土地使用性质为住宅（R1，R2）的记录
选择“检索”—“条件检索”菜单，弹出对话框如图所示，输入条件为：
“最大高程<=500&&（土地使用==“R1”//土地使用==“R2”）”，单击“确定”按钮，获得新的地块-高程多边形及对应的属性表，该表也成为损失估计表，如图所示。
选择MapGIS的“属性分析”—“双属性四则运算”菜单，分两次相乘求出“估计损失”项（估计损失=多边形面积*地均财产*损失系数）。
3、制作洪水淹没损失分布图
对于地块-高程图，按估计损失分成>30000、15000~30000、<15000三类，分别用三种图例表示，画出洪水淹没损失分布图。
选择“检索”—“条件检索”菜单，输入三个条件，找到三种类型对应的区，然后利用MapGIS输入编辑系统中的“区编辑”—“修改参数”—“修改区参数”菜单，选择点、横线和斜线等不同图案来表示这三种类型。
洪水淹没损失分布图
4、分析结论
计算每个地块被淹没的面积比，得出分析结论表，其属性项为：
多块多边形编号ID、被淹没的面积比例%、估计财产、估计损失。
分析结论表
实验六实验室选址
6.1.1问题和数据分析
1、问题提出
在充分分析影响实验室选址的因素的基础上，通过空间分析标出适宜于未来实验室建设的地址。
利用缓冲区分析的方法确定道路、下水道、河流所影响一定距离的范围；利用矢量数据叠加分析的方法求多边形与多边形相交、相并、相减等操作；利用条件检索功能检索满足条件的候选地址；表格分析将提供一个购买这片土地的预计价格。
分析准则如下：
①要求土地利用类型为灌木地
②要求适应性土壤类型以适于建筑
③要求离下水道距离不超过500m
④要求离河流或其他水域至少200m
⑤要求距1级主干道路距离不超过400m
2、数据准备
分析所要的数据包括：
道路线数据层road.wl及道路等级点数据层road.wt；道路分级，1级为主干道，2级为次要道路，3级为山间小道；下水道线数据层sewer.wl；河流线数据层river.wl；土地利用类型边界线数据层land.wl及其属性结构表；土壤类型边界线数据层soil.wl及其树形结构表。
6.1.2数据预处理
（1）、在输入编辑子系统中，完成土地利用类型多边形拓扑造区，得到土地利用类型多边形land.wp。
拓扑造区步骤如下：
①打开拼接预处理后的线文件
②自动剪断线
③清除微短线
④自动结点平差
⑤线拓扑错误检查
⑥弧段转换
⑦拓扑重建
⑧子区搜索
完成如下图所示：
（2）在MapGIS输入编辑子系统中，完成土壤类型多边形拓扑造区，得到土壤类型多边形soil.wp。
6.1.3属性结构编辑
（1）道路等级属性编辑。
在MapGIS输入编辑子系统或属性库管理子系统中编辑属性结构，增加“道路等级”属性字段，给“道路等级”属性项赋值。
如图所示：
（2）土地利用类型属性编辑。
在MapGIS输入编辑子系统或属性库管理子系统中编辑属性结构，增加“类型”属性字段，并编辑属性值。
如图所示：
（3）土壤类型属性编辑。
在MapGIS输入编辑子系统或属性库管理子系统中编辑属性结构，增加“类型”属性字段，并编辑属性值。
如图所示：
6.1.4实验室选址分析
1、对道路线数据层进行操作
（1）选择“检索”—“条件检索”菜单，输入条件表达式，检索一级主干道，结果为road1.wl。
如图所示：
（2）选择“空间分析”—“缓冲区分析”菜单，在road1.wl周围生成400m宽的缓冲区，结果为road2.wp。
如图所示：
2、在下水道周围生成一个500m宽的缓冲区
选择“空间分析”—“缓冲区分析”菜单，为sewer.wl创建200m宽的缓冲区，结果为sewer1.wp。
如图所示：
3、在河流周围生成一个200m宽的缓冲区
选择“空间分析”—“缓冲区分析”菜单，为river.wl创建200m宽的缓冲区，结果为river1.wp。
如图所示：
4、河流、道路、下水道叠加分析
（1）选择“空间分析”—“区空间分析”—“区对区相交分析”菜单，对road2.wp和sewer1.wp进行相交空间操作，结果为roadsewer.wp。
如图所示：
（2）选择“空间分析”—“区空间分析”—“区对区相减分析”菜单，对roadsewer.wp和river1.wp进行相交空间操作，结果为rodsewriv.wp。
如图：
5、多边形叠加分析
（1）选择“空间分析”—“区空间分析”—“区对区合并分析”菜单，对land.wp和soil.wp进行空间合并叠加，生成叠加图landsoil.wp。
如图所示：
（2）选择“空间分析”—“区空间分析”—“区对区相交分析”菜单，对rodsewriv.wp和landsoil.wp进行空间相交叠加，生成叠加图。
如图所示：
6、提取符合条件的候选地址
按给定的要求，土地利用类型为灌木地和强适应性土壤类型，选择“空间分析”—“检索”—“条件检索”菜单，输入条件表达式，提取符合条件的候选地址。
如图所示：
7、结果分析
（1）编辑属性结构，增加必要的属性数据项。
增加的属性数据项有单位面积价格、价格估计。
其中：
价格估计=面积*单位面积价格。
（2）显示分析结果。
①显示所有可选的合适场地。
②显示候选场地属性表，列出所有候选场地的属性值。
③查看某个候选场地属性。
④选出某一个候选场地。
实验七MapGIS成矿分析
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